Nature | 杜克大学周沛/董欣年团队揭示激活植物免疫的蛋白结构可能带来更好的作物！

美国杜克大学的董欣年在25年前发现了NPR1，该蛋白在保护开花植物抵御广泛的病原体方面起着关键作用。今天，NPR1被广泛认为是一个主调节因子，控制着2000多个参与植物免疫的基因。尽管它在植物防御中发挥了巨大的作用，但NPR1的结构仍然难以捉摸，这让该领域的研究人员感到非常震惊。由于没有详细的结构数据，科学家们一直在努力了解该蛋白如何管理植物保护。真正关键和缺失的是对NPR1如何在分子水平上工作的解释。

在揭示NPR1外观和作用的最新相关研究成果中，杜克大学周沛和董欣年（近五年7篇CNS！美国杜克大学董欣年院士团队在植物免疫领域取得重大进展！Nature | 董欣年和郑宁团队研究揭示拟南芥NPR蛋白感知水杨酸的结构机制！）团队弥补了这一空白，这一发现可能改变植物育种的面貌。2022年5月11日，国际顶级学术期刊Nature发表了题为Structural basis of NPR1 in activating plant immunity的研究论文，报道了来自模式植物拟南芥的NPR1的结构。这篇论文标志着几十年来的探索的结束。

自从人类种植农作物以来，他们就不得不与阻碍植物生长的众多害虫和病原体作斗争。例如，Phytophthora infestans是最臭名昭著的病害之一，对导致一百万人死亡和两百万难民的爱尔兰马铃薯大饥荒负责。今天，病原体继续困扰着香蕉、鳄梨和其他流行作物。但是用传统的方法来解决这个问题可能是有问题的。例如，化学杀虫剂通常对环境有毒。这就是植物育种者现在正在寻找基因解决方案的原因之一，比如通过工程设计使植物细胞产生高水平的NPR1。这种方法在实验室和有限的田间试验中已被证明是成功的，但有一个问题：随着免疫力的增加，生长速度下降。对NPR1的结构和行为的新发现可以帮助研究人员解决这个问题，并设计出更好的作物，了解这种蛋白质如何工作并与其他分子相互作用，对于增强植物的抗病能力具有相当大的潜力。

NPR1是出了名的难以提纯成像的，多年来许多实验室都尝试过，但都失败了。周沛和董欣年团队使用X射线晶体学和成像技术低温电子显微镜（cryo-EM）解决了NPR1的结构。该团队的成功源于对这些技术的补充使用。冷冻电镜为研究人员提供了NPR1的初步结构，这为如何准备蛋白质以成功进行晶体学研究提供了关键的见解。结果是：NPR1及其关键功能区域的高分辨率图像。虽然以前的研究提供了对NPR1部分结构的一瞥，但没有一项研究像这篇新论文所报告的那样全面。新的图像显示，两个NPR1蛋白聚集在一起，形成一个类似于鸟类展开翅膀的结构。在翼尖，NPR1与细胞核中的分子结合，开启植物免疫基因。现在，董欣年的团队想弄清楚当侵染使蛋白质发挥作用时，NPR1如何折叠成一个新的形状。这项研究不仅解决了许多长期存在的问题，而且还指出了新的研究方向。

图1：apoNPR1和NPR1-SA的冷冻电镜分析

图2：NPR1包含一个独特的锌指和一个氧化还原传感因子

图3：NPR1-TGA3复合体的结构和功能

图4：NPR1二聚体对SA介导的免疫激活是必需的

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